《International Journal of Biological Macromolecules》：Vacuum-assisted interfacial engineering of elastomer and cellulose via octyl-aminated starch induced for strong, tough, hydrophobic, and biodegradable coated paper
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•合成两亲性辛基化淀粉，以提高界面相容性和抗菌活性。•采用真空辅助界面工程策略，增强涂层与纸基材之间的物理缠结。•复合纸张具有增强的机械性能、疏水性和阻隔性能，从而延长食品的保质期。•这种可生物降解材料表现出优异的生物安全性，并且能够高效地环境降解。引言一次性石油基包装材料的广泛
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合成两亲性辛基化淀粉，以提高界面相容性和抗菌活性。
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采用真空辅助界面工程策略，增强涂层与纸基材之间的物理缠结。
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复合纸张具有增强的机械性能、疏水性和阻隔性能，从而延长食品的保质期。
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这种可生物降解材料表现出优异的生物安全性，并且能够高效地环境降解。
引言
一次性石油基包装材料的广泛使用引发了严重的环境问题，推动了人们对可持续替代品的兴趣日益增加。纤维素基纸张来源于地球上最丰富的天然聚合物，被认为是传统塑料的有前景的替代品[1]。然而，纸张本质上由纤维素纤维通过氢键和物理缠结连接而成，导致其具有多孔且不连续的结构[2]。这导致其机械强度差，并且对水蒸气和微生物渗透的抵抗能力有限[3]。因此，通常需要进行表面涂覆以增强其在实际应用中的整体性能。
迄今为止，纸张的涂覆材料可大致分为非热塑性（溶液基）和热塑性（熔融基）体系。非热塑性涂料，如蛋白质、藻酸盐衍生物和烷氧基硅烷，通常通过化学或物理交联与纤维素形成牢固的界面粘附[4]。然而，它们丰富的极性基团使得难以实现持久的疏水性[5]。相比之下，热塑性涂料，包括蜡和合成聚合物（例如聚苯乙烯和聚丙烯），由于其非极性性质而提供优异的防水性[6]。然而，它们与纤维素的界面相互作用主要受弱范德华力控制，导致粘附力不足和机械增强效果有限[7]。这种界面粘附与疏水性之间的内在权衡仍然是涂覆纸设计中的一个主要瓶颈。
从结构角度来看，纸张的机械局限性源于其不连续和多孔的结构。虽然结晶纤维素域具有较高的固有强度，但缺乏分子流动性限制了能量耗散，导致韧性较差[8]。同时，内部空隙在外部载荷下充当应力集中点，进一步降低了机械性能。在此背景下，弹性体涂层尤其具有吸引力，因为它们可以渗透并填充多孔网络，从而提高强度和韧性[9]。热塑性聚氨酯（TPU）是一种具有高断裂能和疏水性的可生物降解弹性体，是理想的候选材料。然而，TPU与纤维素之间的弱界面相容性仍然是一个关键限制。
为了解决这个问题，使用两亲性改性剂的界面工程提供了一种有前景的策略。淀粉因其天然丰富、结构可调和易于功能化而成为理想的候选材料[10]。胺化引入可质子化的氨基，增强与纤维素的静电相互作用和氢键[11]。同时，我们之前的研究表明，可以通过淀粉的螺旋包合结构将疏水链引入淀粉，从而构建出与非极性聚合物具有改善相容性的两亲结构[12]。尽管有这些优势，实现TPU-纤维素界面处高效的分子级互穿和缠结仍然需要外部驱动力。
在此，我们假设可以通过将两亲性辛基化氨基淀粉与真空辅助渗透策略相结合来实现协同界面调控（图1）。具体而言，氨基和辛基的引入分别赋予淀粉对纤维素和TPU的双重亲和力，而真空诱导的压力梯度将涂层溶液驱动进入多孔纸张基体，促进紧密接触和分子互穿。在这种条件下，TPU链、纤维素纤维和改性淀粉之间的物理缠结显著增强。同时，氨基增强与纤维素的界面粘附，而辛基链改善与TPU的相容性。基于这一假设，预计会形成坚固且稳定的界面，从而实现机械强度、韧性和疏水性的同时增强。因此，所得的TPU涂层纸张表现出改善的整体性能以及良好的可生物降解性。这项工作提供了一种有效策略来克服界面粘附与防水性之间长期存在的权衡，为开发高性能纸基包装材料提供了一条可持续途径。
章节片段
材料
木薯淀粉的分子量和支链淀粉含量（Mw?=?1,697,739；直链淀粉含量：23.77?±?0.086%）通过凝胶渗透色谱法（Agilent 1260 Infinity II）和碘比色法测定（见补充方法S5），如图2c和S1所示。3-氯丙胺盐酸盐（CAS: 6276-54-6，3-CPAHCl，≥98%）、辛醛（CAS: 124-13-0，AR: 98%）和茚三酮水合物（CAS: 485-47-2，AR: 98%）购自上海麦克林生化科技有限公司。
改性淀粉的结构表征
天然淀粉具有丰富的极性羟基，这固有地导致其耐水性差且与疏水弹性体的相容性有限[21]。引入氨基可以增强淀粉与纤维素基材之间的相互作用。[22]。通过席夫碱键接枝到淀粉上的辛基可以有效改善淀粉与TPU之间的界面相容性[23]。此外，氨基和动态席夫碱结构表现出显著的
结论
总之，我们提出了一种真空辅助界面工程策略，并通过引入辛基化淀粉作为关键界面相容剂制备了CSOT@FP复合纸。CSO优异的双亲性显著改善了TPU弹性体与纸基材之间的界面相容性，而真空辅助策略促进了涂层与纸基材之间的物理缠结。这两个因素的协同效应显著增强了
CRediT作者贡献声明
李欣宏： 初稿撰写。邓杰： 调查研究。黄丹： 正式分析。袁旭： 数据管理。黄白： 正式分析。付丽华： 监督。徐川辉： 监督。魏福祥： 审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。林宝锋： 审阅与编辑、资源、资金获取。
利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
这项工作得到了国家自然科学基金（22175045）和广西自然科学基金重点项目（2021GXNSFDA220005）的支持。
李欣宏|邓杰|黄丹|袁旭|黄白|付丽华|徐川辉|魏福祥|林宝锋
